摩擦力及其实际应用分析
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摘 要：摩擦力在实际生产、生活中是处处存在的。掌握摩擦力的有关知识，既有利于了解摩擦力的重要作用，合理利用摩擦力，也有利于了解摩擦力的危害，尽量减少摩擦力造成的损失。
关键词：摩擦力； 大小； 方向； 应用分析
中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2016）01-012-002
摩擦力在人类生产活动和日常生活中普遍存在，与人们息息相关。下边就中学学过的滑动摩擦力和静摩擦力的有关知识及其应用加以分析。
一、关于摩擦力的有关知识
当一个物体在另外一个物体表面发生相对运动或有相对运动趋势时，产生阻碍物体相对运动或相对运动趋势的力叫做摩擦力。摩擦力的方向与接触面相切，与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。滑动摩擦力和静摩擦力在计算大小或其他性质方面各不相同：
1.摩擦力大小的计算：滑动摩擦力的大小由公式：f=μFN来计算，影响FN大小的因素很多，计算时应特别注意F大小的确定。静摩擦力大小的计算较滑动摩擦力复杂：静摩擦力大小由物体的受力和运动状态决定，并随其变化静摩擦力大小在零和最大之间变化。如图1所示，放在水平面上的物体在力F的作用下没有动，这时物体受到水平面对它的静摩擦力f由力的平衡确定：即：f=F，并当F变化时f也随之变化，总有f=F（F不超出最大静摩擦力）；如图2所示，力F拉着物块AB在光滑的水平面上一块加速运动。物块A受到B对它的静摩擦力f=ma，由牛顿第二定律计算，a为AB运动的加速度。
2.摩擦力的方向确定：确定摩擦力的方向关键就在于判断一个物体相对于另外一个物体的运动趋势的方向。如图3所示，以速度V水平运动的皮带，当物块以水平速度V射向皮带，当V0V时，物块相对于皮带的运动方向向前，物块受到的滑动摩擦力的方向向后，与运动方向相反。
如图2所示，A受到的静摩擦力的方向与运动方向相同；如图4所示，AB一块在粗造的水平面上以速度V减速运动，A受到的静摩擦力的方向与运动方向相反。无论静摩擦力还是滑动摩擦力的方向都可以与运动的方向相同或相反。
二、关于摩擦力做功与摩擦生热的分析
1.一对静摩擦力做功
摩擦力总是成对出现的。仍然以图2为例，A受到B的静摩擦力f1，B受到A的静摩擦力f2，且f1=-f2。因为A和B一起运动，所以相同时间内，A的位移S1和B的位移S2相等，故f1对A做功W1=f1×S1，f2对B做功W2=f2×S2=-f1×S1，一对静摩擦力做功代数和为零，说明B物体减少的机械能W2和A增加的机械能W1数量相等。即B物体部分的机械能转移给A。一对静摩擦力只进行物体间的能量转移，而没有机械能的转化，也就是没有生热。又如图1所示，物块和地面受到的静摩擦力都不做功。一对静摩擦力做功代数和仍为零，不但不生热，也没有物体间的能量转移。
2.一对滑动摩擦力做功
滑动摩擦力做功比静摩擦力做功要复杂，一对滑动摩擦力做功不仅要进行物体间的能量转移，还要有机械能的损耗。以典型的“子弹打物块”模型为例，光滑水平面上放有一静止物块，从远处射来一子弹打中物块并留在物块内，打入的深度为d，子弹与物块间滑动摩擦力为f，物块的位移为S。在这个过程中，f对物块做的功为W1=f×s，对子弹做的功为W2=-f×（s+d），W1+W2=-f×d，由此可见，一对滑动摩擦力做功代数和为负值，W2是子弹减少的机械能，W1是子弹转移给木块的机械能，二者相差f×d，即损失的机械能也就是产生的热，即Q=f×d，其中d就是子弹和物块的相对位移，即产生的热等于滑动摩擦力乘以相对滑动位移。简单的情况：如果一物体在粗糙水平面上滑行距离S，由于水平面不动，相对位移为S，生热为：Q=f×S。总之，一对静摩擦力做功不产生热，只有一对滑动摩擦力做功才产生热。
三、摩擦力在实际生产生活中的应用分析
摩擦力在自然界中是普遍存在的，很多时候我们完成的许多事情正是利用了摩擦力，下面就几个摩擦力应用的典型事例加以分析。
1.人行走过程中的摩擦力
人在行走的过程中，总是一个脚在前，另一个脚在后。如图5所示，当向前的脚抬起的过程中，人的重心向前移，同时后边的一只脚使劲向后蹬地，根据作用力和反作用力，后边的脚受到地面对人向前的静摩擦力的作用。正是这个向前的静摩擦力的作用推动人向前运动，当人的两只替蹬地就能获得持续的作用力，维持人向前行走。所以说人的行走就是靠鞋底与地面之间的静摩擦力来实现的。
2.拔河比赛的胜负
拔河比赛的胜负，通过对拔河队员的受力分析我们可以明白，拔河队员水平方向受两个力，一个是通过绳子对方队员对本队的拉力，另一个是地面作用于本队的静摩擦力，受力如图6所示。各队所受绳的拉力大小相等。各队所受地面的最大静摩擦力由鞋底和地面之间的静摩擦因数和队员对地面的压力决定。（因为最大静摩擦力fm=μ0FN）当对方队员对该队的拉力大于该队受到地面的最大静摩擦力时，该队就被拉动，就会失败。因此，增大鞋底与地面最大静摩擦力是胜负的关键。穿上鞋底有花纹的鞋子，拔河队员的重心下移，使劲蹬地，是取胜的关键。
3.汽车行进时的摩擦力
如果是载重汽车，后轮驱动，汽车行进时后轮受到的摩擦力向前，前轮受到的摩擦力向后。如图7所示，向前的摩擦力是汽车行进的动力，向后的摩擦力是汽车行进的阻力。如果是轿车，前轮驱动，情况则相反。
另外，摩擦力的应用实例还有很多，如利用皮带提升物体等等。
通过以上实例可以了解到，摩擦力对于人们很重要。试想，如果没有摩擦力，人们将站在原地无法走动；汽车和高速列车将无法启动，行驶后也将无法停下来；工厂生产出的零部件，也无法用螺丝钉组装成完整的家具、电器、车辆等产品。可见，无处不在的摩擦力也是世界运转的剂。但是，任何事物都有两面性，有些摩擦力也是有害的。比如机器运转时各个部件之间的摩擦会造成能量的无用损耗，使部件磨损，这时我们就要想办法减少摩擦力，如在机器转动部分加上轴承，变滑动摩擦为滚动摩擦，或者在转动轴上加油等。总之，我们应当加强对摩擦力的研究与认识，趋利避害，使摩擦力在人类生产生活中发挥更大作用。